[发明专利]用非对称耦合器制作的光纤马赫－策德尔干涉仪

说明书

本申请是1998年9月24号提交的美国专利申请60/101,592的继续申请，该申请公开的内容在此引为参考。

分波倍增器/分离器(wavelength division multiplexer/demultiplexer)可用光纤马赫—策德尔干涉仪(MZI)制作。而MZI则用一对对称耦合器制作。在耦合器之间的干涉臂中写入同一的光纤布喇格光栅。光纤布喇格光栅(FBG)是光纤芯中折射率的一种变化，它把选择的波长反射到光纤上。

在MZI降低或收缩波长的操作中，例如作为一个分离器，向第一耦合器的第一光纤输入载有几个频道或波长λ1，λ2，λ3，λ4和λ5的一个信号。也可以向耦合器中输入其它数量的频道，如4或8频道。信号在耦合器处被分离，沿两臂通过。同一的FBGs以一种选定的频率如λ4振荡。因此，λ4在FBGs上反射，返回通过第一耦合器并可在第一耦合器的第二光纤上提取。其余的波长λ1，λ2，λ3和λ5通过第二耦合器并输出到第二耦合器的第二光纤上。

在波长的相加或插入的操作中，例如作为一个倍增器，具有波长λ4的信号被插到第二耦合器处的第一光纤上。不同波长的信号λ1，λ2，λ3和λ5被输入到第一耦合器的第一光纤中。关于上述的分离器，λ4在FBGs处反射。然后λ4再被输出到第二耦合器的第二光纤上。因此，第二耦合器的输出包括所有的波长λ1，λ2，λ3，λ4和λ5。

在用对称耦合器制作的典型的马赫—策德尔干涉仪中，限定30dB的隔离以便相对于理想波长保持±20nm跨距。

本发明提供了一种用非对称的耦合器制作的光纤马赫—策德尔干涉仪，该干涉仪允许在较宽波长范围内相对于理想波长进行30dB隔离。

具体地说，本发明的非对称光纤马赫—策德尔干涉仪包括在第一耦接区域和第二耦接区域连结的第一和第二光纤。第一和第二光纤在第一和第二耦接区域之间形成两个干涉臂。为了形成不对称的形式，在一个耦接区域例如第一耦接区中一部分第一光纤的传播常数不同于该耦接区域中一部分第二光纤的传播常数。选择第一光纤中的传播常数和第二光纤中的传播常数，在马赫—策德尔干涉仪的穿出端为相对于理想波长超过±20nm并最好超过±60nm的跨距提供30dB隔离。第一耦接区域中的分光比在理想的波长下分离50％的能量。

通过参考如下附图进行的详细描述将能更好地理解本发明：

图1是根据本发明所述非对称马赫—策德尔干涉仪的示意图；

图2是现有技术的对称耦合器测量的光谱响应曲线图；

图3是在由对称耦合器制作的现有马赫—策德尔干涉仪中测量的附加光纤的光谱响应图；

图4是本发明中使用的非对称耦合器测量的光谱响应曲线图；

图5是根据本发明所述马赫—策德尔干涉仪测量的光谱响应曲线；

图6是根据本发明所述点对称马赫—策德尔干涉仪的示意图；

图7A-7E是根据本发明所述点对称马赫—策德尔干涉仪的操作示意图；

图8是根据本发明所述线对称马赫—策德尔干涉仪示意图；

图9A-9E是根据本发明所述线对称马赫—策德尔干涉仪的操作示意图；

图1表示根据本发明所述非对称马赫—策德尔干涉仪(MZI)10的示意图。MZI包括由干涉臂16、18分开的耦接区12、14。尤其是在实施例中所示的，MZI由在第一和第二非对称耦合器24、26处耦合的第一和第二光纤20、22形成。对于本发明的目的，耦合器是一种在两个输出光纤之间分离入射光能量的装置。第一和第二光纤20、22形成连接耦合器24、26的干涉臂16、18。光纤布喇格光栅(FBG)25、27写入两个耦合器24、26之间每个干涉臂16、18的光纤芯28、30中。在操作中，在MZI的一侧，一个光纤，例如光纤20，构成输入或插入端32、而另一个光纤，如光纤22，构成输出或引出端34。在MZI的另一侧，光纤20构成引入或插入端36，而光纤22构成输出或穿出端38。

在本发明中，非对称耦合器以及光纤位置改进了MZI的光谱特性。在对称耦合器中，在耦合端的电场滞后于输入端电场π/2相位。可是，在非对称的耦合器中不保持相同的相位关系。在非对称的耦合器中，电场之间的相位差依赖于耦合强度和非对称度。

在对称耦合器中，组元光纤实际上在耦合区域中具有相同的传播常数以便耦合比达到100％。在马赫—策德尔干涉仪制造中，组元耦合器分光比实际为50％。对称耦合器的分光比为波长的正弦。50％的点发生在波长响应的四等分处并且对波长的很小变化敏感。